Digital Pengukuran Kecepatan Literatur mantap gile

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 REAL TIME LINUX

Sistem operasi merupakan hal yang sangat penting dalam menyediakan

sarana hubungan antara perangkat lunak dengan perangkat keras. Sebuah sistem

operasi menyediakan sebuah lapisan abstraction di antara platform perangkat

keras dan perangkat lunak dengan menggunakan interface yang terdefinisi dengan

baik di antara sebuah program user space, kernel space driver dan perangkat keras.

Dalam domain komputasi, kernel adalah inti dari sistem operasi. Kernel ini

dikelilingi oleh lapisan software, menyediakan hak akses pengguna dan

memfasilitas interaksi seperti shell, window manager, dan program aplikasi.

Untuk menjalankan program real time, maka diperlukan sistem operasi yang mana

telah mengalami perubahan yang khusus pada kernel standarnya sehingga

memiliki sifat yang real time. Oleh karena itu, diperkenalkan sistem operasi yang

berbasis Linux dan bersifat real time. Sistem operasi real time Linux memiliki

keuntungan lain seperti bebas untuk dimodifikasi bagian kernel sistem operasi

tersebut tanpa perlu khawatir melanggar hak cipta dan juga memudahkan para

developer dalam mencari informasi yang berhubungan dengan pengembangan

kernel tersebut.

Linux dikembangkan pertama kali oleh Linus Torvalds di University of

Helsinki sebagai bagian dari tugas proyek mahasiswanya. Versi pertama dari

kernel Linux pertama kali dirilis pada bulan September 1991. Saat ini kernel

Linux telah banyak dikembangkan oleh para developer di seluruh dunia. Sistem

operasi real time Linux adalah jawaban bagi para pengguna aplikasi yang

membutuhkan kemampuan real time.

2.1.1 Definisi Real Time

Sebuah sistem real time adalah suatu sistem yang menjamin kebenaran

dari suatu komputasi perhitungan dan ketepatan waktu pelaksanaan komputasi

Pengukuran kecepatan putar...,Hermin Kosasih, FT UI, 2008

5

perhitungan tersebut. Jika kebutuhan akan ketepatan waktu tidak dapat terpenuhi,

kesalahan pada sistem dapat terjadi. Dengan kata lain, sistem real time tidak

hanya memperhatikan apakah hasil yang dihasilkan dari suatu proses benar, tetapi

juga memperhatikan kapan hasil tersebut dihasilkan.

Dilihat dari definisi real time tersebut, sebuah sistem real time tidak hanya

harus cepat, sebagaimana dipercaya oleh sebagian besar orang. Sebagai contoh

untuk penuntun sistem dari sebuah kapal dapat saja dikatakan sebagai suatu sistem

yang non real time. Akan tetapi, karena kecepatan kapal yang rendah, maka

memungkinkan memiliki waktu yang cukup bagi sistem untuk mengambil

keputusan kontrol. Menurut definisi dari kata real time yang dijelaskan

sebelumnya, sistem ini dapat secara efektif dikatakan sebagai suatu sistem real

time. Jadi perlu diketahui bahwa sebuah sistem real time adalah bukan sebuah

sistem dalam real time. Sistem dalam real time secara umum adalah sistem yang

memiliki kemampuan cepat demi memberikan kesan realitas misalnya pada

aplikasi game simulasi.

Untuk mendefinisikan secara spesifik dari tingkatan yang berbeda-beda

dari real time, hal ini sangat penting dalam mendefinisikan terlebih dahulu dua

sifat sistem real time yaitu, preemptive dan deterministic.

Preemptive berhubungan dengan kemampuan menentukan sebuah pekerjaan yang berprioritas tinggi untuk dilaksanakan terlebih dahulu

dengan mencegah/menunda pelaksanaan pekerjaan yang berprioritas

rendah, sehingga resource dapat tersedia.

Deterministic berhubungan dengan kemampuan untuk memprediksi kapan sebuah kejadian yang spesifik akan muncul pada waktu yang tepat.

2.1.2 Soft Real Time dan Hard Real Time

Soft real time adalah sebuah respons yang tidak mementingkan seberapa

tepat waktu responsnya terhadap suatu intstruksi yang diberikan kepadanya. Soft

real time tidak memiliki sifat preemptive dan deterministic.

Hard real time membutuhkan sebuah respons yang bersifat preemptive

dan deterministic terhadap suatu instruksi. Dalam sebuah sistem hard real time,


6

batas waktunya sudah tetap dan sistem harus menjamin responsnya dalam batasan

waktu yang telah ditentukan.

2.1.3 Gambaran Umum Kernel Linux

Arsitektur sistem operasi Linux mempartisi memori fisik ke dalam dua

bagian yaitu kernel space dan user space, di mana kernel space dialokasikan

untuk kode kernel Linux. Kernel Linux mengatur alokasi memori untuk dipakai

oleh program pengguna yang berjalan secara bersamaan di dalam user space.

Komunikasi di antara program user space dengan kode kernel dapat dicapai

dengan menggunakan system call ke kode kernel. Secara umum contoh dari

penggunaan system call adalah ketika saat mengakses disk drive, keyboard, mice

dan monitor. Jadi kode kernel berfungsi dalam menjembatani antara aplikasi

program pengguna dengan perangkat keras.

Sistem operasi Linux merupakan sistem operasi yang multi-threaded yaitu

mendukung prioritas thread dan menyediakan mekanisme sinkronisasi thread

yang dapat diprediksi. Kernel Linux memiliki sifat yang tidak preemptible. Hal ini

yang menyebabkan kecepatan waktu respons operasi kernel pada linux yang

standar lebih lambat bila dibandingkan dengan sistem operasi hard real time.

Perlu diketahui bahwa Linux bukan merupakan sistem operasi yang real time

karena ketidak-mampuannya dalam menjamin kinerja yang deterministic dan

pewaktuannya yang bersifat pukul rata sehingga memiliki dampak yang buruk

terhadap program real-time.

Ada dua alasan yang menyatakan bahwa kernel Linux memiliki kinerja

yang buruk pada sistem uniprosesor karena kernel menon-aktifkan interrupt dan

juga kernel tidak cocok dalam melakukan aktivitas preemption. Bila interrupt

dinon-aktifkan, sistem tidak berdaya dalam menjawab terhadap interrupt yang

datang. Semakin lama penundaan interrupt, maka semakin lama penundaan waktu

dari suatu program dalam menjawab interrupt yang diberikannya. Kurangnya

kemampuan preemption pada kernel memiliki arti bahwa kernel tidak mampu

memberikan fasilitas kepada tugas yang berprioritas tinggi untuk dijalankan

terlebih dahulu dan menunda tugas yang berprioritas rendah. Hal ini dapat

menyebabkan waktu penundaan yang cukup berarti.


7

2.1.4 Sejarah Singkat Real Time Linux (RTLinux)

RTLinux dikembangkan pertama kali oleh Victor Yodaiken di Department

of Computer Science of the Institute for Mining and Technology of New Mexico

dan diimplementasi pertama kali oleh Michael Barabanov pada tahun 1996.

Dengan mengambil konsep untuk tidak memodifikasi kernel dari Linux secara

ekstrim dalam membuat suatu sistem operasi yang real time, maka diajukan suatu

solusi dengan membuat kernel-kernel kecil yang terpisah dari kernel linux dan

sebuah scheduler. Kernel Linux yang dihasilkan dari strategi modifikasi ini

disebut sebagai micro kernel.

Implementasi dengan strategi ini menyediakan sebuah kernel kedua yang

mana sebagai lapisan interface antara kernel standar dan lapisan perangkat keras

sebagaimana ditampilkan dalam gambar 2.1.

Gambar 2.1 Arsitektur Real Time Micro Kernel [4]

2.1.5 Konsep Dasar Real Time Linux

Dasar pemikiran dalam mendesain RTLinux adalah tidak ada

kemungkinan untuk mengidentifikasi dan menghilangkan seluruh aspek dari

operasi kernel yang memunculkan hal-hal yang tidak dapat diprediksi. Sumber-

sumber dari hal-hal yang tidak dapat diprediksi terdiri dari algoritma Linux

scheduling, device driver, uninterruptible system call, penggunaan dari interrupt

disabling dan operasi virtual memory.


8

Hal terbaik dalam menghindari permasalahan ini adalah membentuk

kernel kecil (micro kernel) yang dapat diprediksi dan terpisah dari kernel linux.

Dengan membuat micro kernel ini secara sederhana, maka operasinya dapat

diukur dan dapat diprediksi. Micro kernel ini memiliki fungsi mengontrol

eksekusi tugas-tugas real time dan menjalankan kernel Linux standar sebagai

tugas yang berjalan dalam mode background.

Gambar 2.2 Kernel Linux Standar [3]

Gambar 2.2 menunjukkan kernel Linux standar tanpa dukungan hard real

time. Dalam gambar 2.2 ditunjukkan bahwa kernel Linux memisah hardware dari

user-level task. Kernel memiliki kemampuan dalam menunda user-level task

apapun, bilamana task tersebut telah melebihi penggunaan waktu yang

dialokasikan kepadanya oleh CPU. Asumsi, sebagai contoh, sebuah user task

yang mengontrol sebuah tangan robot. Kernel linux yang standar akan berpotensi

menunda tugas pengontrolan tangan robot dan memberikan alokasi CPU ke tugas-

tugas lain yang kurang genting. Konsekuensinya, tangan robot tersebut tidak dapat

memenuhi suatu kriteria waktu yang ketat yang telah ditentukan. Oleh karena itu,

dalam mencoba berlaku adil terhadap semua task, kernel tersebut telah

menghambat tugas (task) yang genting.


9

Gambar 2.3 Kernel RTLinux [3]

Gambar 2.3 menunjukkan sebuah kernel linux yang dimodifikasi untuk

mendukung hard real time. RTLinux berbentuk sebagai sebuah lapisan tambahan

berada di antara kernel Linux standar dan perangkat keras komputer. Dalam

pandangan kernel Linux standar, lapisan baru ini muncul sebagai perangkat keras

yang sebenarnya. RTLinux memperkenalkan fixed-priority pada scheduler-nya

sendiri. Scheduler (penjadwalan) menentukan prioritas terendah untuk kernel

Linux standar dan menjalankannya sebagai tugas yang terpisah dengan tugas-

tugas real time. Hal ini menyebabkan micro kernel mampu menginterupsi

perangkat keras dan menjamin kernel Linux standar tidak menunda interupsi

apapun yang bekerja dalam micro kernel sehingga waktu penundaan yang dapat

terjadi pada tugas-tugas real time dapat diminimalisir.

2.2 COMEDI

COMEDI, singkatan dari Control and Measurement Device Interface,

adalah suatu proyek free software yang mengembangkan driver-driver, tool dan

library untuk berbagai jenis DAQ (Data Acquisition) board. Dengan

menggunakan COMEDI, maka DAQ board dapat digunakan dalam melakukan

aktivitas seperti membaca dan menulis sinyal analog, membaca dan menulis

masukan/keluaran digital, melakukan proses encoder dan sebagainya. COMEDI

terdiri dari dua paket yaitu paket comedi (yang mengimplementasi fungsi kernel

space) dan comedilib (yang mengimplementasi akses user space ke fungsi


10

device driver). COMEDI dapat berjalan pada kernel Linux standar dan juga pada

RTLinux. Berikut ini adalah macam-macam paket yang didistribusi oleh pihak

COMEDI:

a. Paket Comedi merupakan kumpulan driver-driver untuk berbagai macam

kartu data akusisi.

b. Paket Comedilib merupakan paket distribusi yang terdiri dari sebuah user-

space library yang menyediakan antar muka bagi Comedi device. Hal-hal

lain yang turut dicantumkan dalam paket Comedilib adalah dokumentasi,

fasilitas kalibrasi dan program-program demo.

c. Paket Kcomedilib adalah sebuah modul kernel Linux (didistribusi

bersamaan dengan paket comedi) yang menyediakan antar muka yang

sama dengan comedilib dalam kernel space, dan cocok diterapkan untuk

program real time. Jadi kcomedilib adalah kernel library untuk

penggunaan Comedi pada program real time.

2.2.1 Definisi Device Driver

Sebuah kartu DAQ dapat diakses oleh program tidak terlepas karena

adanya driver atau device driver. Device driver adalah sekumpulan perangkat

lunak yang menjembatani ke sekumpulan perangkat keras misalnya printer, sound

card atau motor drive. Device driver berfungsi menerjemahkan perintah-perintah

yang diberikan dari perangkat keras untuk dapat dikonfigurasi, dibaca dan diolah

ke dalam fungsi-fungsi umum dan struktur data untuk program.

2.2.2 Hirarki Device

COMEDI mengorganisasi semua perangkat keras berdasarkan hirarki

umum berikut ini:

Channel: Komponen perangkat keras low level, yang mewakili suatu saluran data tunggal. Misalnya sebuah masukan analog atau sebuah

masukan digital. Setiap channel memiliki beberapa parameter seperti

voltage range, reference voltage, dan channel polarity (unipolar,bipolar).

Sub-device: sekumpulan channel yang memiliki fungsi yang sama yang secara fisik diimplementasi pada kartu interface yang sama.


11

Device: sekumpulan sub-device yang secara fisik diimplementasi pada kartu interface yang sama. Sebagai contoh, peralatan National

Instruments PCI 6024E memiliki empat sub-device yang terdiri dari 16

buah analog input channel, dua buah analog output channel, 8 buah digital

input/output channel dan dua buah counter.

2.3 DATA ACQUISITION BOARD

Data acquisition board merupakan instrumen yang dipakai dalam

melakukan suatu proses pengukuran terhadap suatu kejadian, misalnya mengukur

tegangan pada sensor temperatur. Secara umum, DAQ board melakukan kegiatan

mendigitalisasi signal masukan analog, melakukan konversi dari sinyal digital ke

analog, mengukur dan mengontrol sinyal digital input atau output. Sebagai

informasi tambahan, untuk kartu DAQ NI PCI 6024E menggunakan sistem timing

controller dari National Instruments untuk fungsi yang berhubungan dengan

waktu dan terdiri dari tiga kelompok timing yaitu mengontrol masukan analog,

keluaran analog dan fungsi general-purpose counter/timer.

2.3.1 Konsep Dasar General Purpose Counter/Timer

General-purpose counter/timer (GPCT) adalah counter yang memiliki

kemampuan untuk menghitung secara count up ataupun secara count down,

memiliki load dan save register, memiliki sebuah struktur pengontrol untuk

mengimplementasi beberapa perhitungan umum dan memiliki fungsi timing I/O.

Fungsi timing ini terdiri pengukuran periode, dan pulse-train generation dengan

frekuensi dan duty cycle yang dapat diprogram. Kebanyakan fungsi dapat

dioperasi dengan menggunakan hanya satu buah general-purpose counter. Ada

dua mode operasi pengukuran pada kartu NI PCI 6024E yaitu single mode dan

buffered mode. Dalam single mode, counter hanya melakukan satu buah

pengukuran. Dalam buffered mode, counter melakukan serangkaian pengukuran

yang berurutan.

Modul GPCT memiliki dua buah counter 24-bit binary up/down yang

identik dengan general-purpose counters 0 and 1. Gambar 2.4 menunjukkan

model sederhana dari sebuah counter.


12

Gambar 2.4 Model Sederhana dari General-Purpose Counter/Timer [2]

Setiap counter GPCT memiliki sebuah input source (G_SOURCE), sebuah

input gate (G_GATE) dan sebuah input control up/down (G_UP_DOWN). Ketika

counter diaktifkan untuk menghitung, rising edges pada input G_SOURCE dapat

menyebabkan counter menambah atau mengurang isi save register-nya. Masukan

G_GATE berlaku sebagai sebuah sinyal pengontrol general-purpose dan dapat

dioperasi sebagai sebuah sinyal pen-trigger counter, sinyal pengaktif counter,

sinyal save, sinyal reload, sinyal interrupt, sinyal kontrol output, sinyal pemilih

register load, dan sinyal penghenti counter. Input G_UP_DOWN bertujuan

menentukan metode perhitungan pada counter yaitu metode perhitungan count up

(penambahan) atau metode perhitungan count down (pengurangan). Keluaran

counter adalah sinyal G_OUT dan sinyal interrupt. Pin G_OUT berfungsi

mengeluarkan sinyal dari modul counter ke port keluaran pada kartu NI PCI

6024E.

2.3.2 Event-Counting pada GPCT

Dalam event-counting, counter menghitung kejadian pada input

G_SOURCE setelah counter diaktifkan. Kondisi-kondisi yang dialami oleh

counter pada saat event counting adalah:

a. Pin G_SOURCE berfungsi menerima pulsa-pulsa informasi.


13

b. Pin G_GATE untuk mengindikasi kapan untuk memulai dan

menghentikan interval penghitungan dan kapan untuk menyimpan isi

counter pada save register.

c. Software dapat membaca nilai counter secara asinkron atau membaca nilai

simpanan di save register setiap saat.

d. Pin G_UP_DOWN mengontrol metode perhitungan pada counter yaitu

penambahan atau pengurangan.

Dalam mode simple event counting, counter menghitung jumlah pulsa

yang diberikan pada G_SOURCE ketika counter diaktifkan. Software dapat

membaca isi counter kapan saja tanpa mengganggu proses perhitungan. Gambar

2.5 menunjukkan sebuah contoh dari simple event counting di mana counter

menghitung lima kejadian pada G_SOURCE.

Gambar 2.5 Simple Event Counting [2]

Dalam mode buffered non-cumulative event counting, counter secara

umum memiliki karakteristik yang mirip dengan mode simple event counting

kecuali adanya interval perhitungan secara berkelipatan. Sinyal G_Gate

mengindikasi adanya limit antara serangkaian interval perhitungan. Counter

menghitung pulsa yang diberikan pada sinyal G_SOURCE sesudah software

mengaktifkan counter tersebut. Setiap terjadi active edge pada sinyal G_GATE,

maka isi counter akan diisi ke hardware save register dan counter akan mengisi

kembali isi counter ke nilai inisialnya untuk memulai interval perhitungan

berikutnya. Sebuah interrupt akan memberitahukan CPU sesudah setiap interval

perhitungan sehingga interrupt software dapat membaca hasil yang disimpan

dalam hardware save register. Gambar 2.6 menunjukkan sebuah contoh

perhitungan counter pada mode buffered non-cumulative event counting.


14

Gambar 2.6 Buffered Non-Cumulative Event Counting dengan dua interval [2]

2.4 INSTRUMEN INCREMENTAL ROTARY ENCODER

Instrumen incremental rotary encoder atau dikenal juga sebagai

incremental shaft encoder adalah salah satu tipe dari peralatan encoder yang

memberikan keluaran dalam format digital. Hal ini menyebabkan instrumen

sejenis ini lebih nyaman digunakan pada aplikasi pengontrolan yang

menggunakan komputer, sebagaimana pengukuran dibutuhkan dalam bentuk

digital. Oleh karena itu, proses konversi dari sinyal analog ke digital tidak perlu

lagi dilakukan.

Dewasa ini, instrumen ini banyak digunakan dalam industri terutama pada

mesin-mesin seperti mesin pengemasan, tangan robot, pengontrol gerakan motor

derek, mesin penggiling. Biasanya instrumen ini digunakan dalam menghitung

sudut, posisi, revolusi, kecepatan, akselerasi dan jarak. Ada beberapa macam jenis

incremental rotary encoder yang telah dikembangkan seperti jenis magnetis,

kontak, resistif dan optis. Akan tetapi, jenis incremental rotary encoder yang akan

dibahas dalam sub bab ini adalah jenis optis saja.

2.4.1 Konsep Dasar Instrumen Incremental Rotary Encoder

Konsep dasar operasi instrumen incremental rotary encoder adalah

instrumen ini mengukur nilai sesaat posisi angular dari sebuah shaft yang sedang

berotasi dan menghasilkan pulsa-pulsa pada channel-channel-nya. Pulsa-pulsa

yang dihasilkan ini berbentuk gelombang square.

Instrumen incremental rotary encoder biasanya memiliki tiga buah sinyal

keluaran, yaitu sinyal A, sinyal B, dan sinyal Z, ditunjukkan dalam gambar 2.7.

Untuk sinyal A dan sinyal B, masing-masing sinyal keluaran tersebut saling

quadrature yang berarti terjadi pergeseran fasa 90O satu sama lain. Kedua sinyal


15

tersebut selain memberikan nilai posisi shaft dari encoder, juga mampu

menyediakan informasi mengenai arah putaran dari shaft misalnya berputar searah

jarum jam atau berputar berlawanan arah jarum jam. Hal penting yang perlu

diperhatikan hubungan antara sinyal A dan sinyal B adalah bahwa pergeseran fasa

satu sama lain antara kedua sinyal tersebut harus berada dalam batas toleransi

yang dapat diterima biasanya tidak melebihi 90O sehingga proses perhitungan

dapat berlangsung dengan akurat.

Untuk kebanyakan peralatan mesin motor atau aplikasi positioning, sinyal

Z dikenal sebagai index signal, yang memiliki peranan penting dalam menentukan

zero position dengan cara memberikan sebuah pulsa keluaran tunggal per satu

revolusi.

Gambar 2.7 Tiga Buah Sinyal Keluran Encoder[6]

2.4.2 Prinsip Kerja Instrumen Optical Incremental Position Encoder

Sebuah contoh dari sebuah optical incremental rotary encoder ditunjukkan

dalam gambar 2.8. Pada gambar tersebut, instrumen ini terdiri dari sebuah sumber

cahaya yaitu biasanya adalah LED, sebuah disc encoder (rotating disc), sebuah

fixed disc, dan photo-detector. Letak posisi antara LED dan photo-detector

disusun dengan sejajar, sehingga cahaya dari LED dapat masuk ke detector

tersebut secara tegak lurus.


16

Gambar 2.8 Optical Incremental Shaft Encoder [6]

Disc yang ditunjukkan dalam gambar 2.9 adalah elemen kunci dari

encoder dan secara umum terbuat dari bahan kaca dan diberi cap yang terbuat dari

bahan logam sehingga membentuk slot-slot jendela yang mengelilingi bagian tepi

dari disc encoder tersebut. Slot-slot ini bersifat tembus cahaya. Jumlah slot

tersebut adalah sama dengan jumlah dari pulsa per satu revolusi. Sebagai contoh,

sebuah disc kaca yang dicap dengan 1000 slot, bila disc tersebut telah bergerak

180O jika dan hanya jika encoder tersebut telah mengeluarkan 500 pulsa.

Gambar 2.9 Susunan Jendela dalam Incremental Rotary Encoder [6]

Selama disc berotasi, LED secara konstan diaktifkan dan cahaya dari LED

tidak secara terus-menerus mencapai photo-detector, tetapi hanya saat cahaya

tersebut melewati slot-slot yang berada pada disc encoder tersebut. Saat cahaya

masuk ke photo-detector, detector tersebut menghasilkan pulsa-pulsa keluaran

berupa gelombang square.


17

Kebanyakan dari incremental rotary encoder menyediakan sebuah tanda

tunggal pada disc, disebut channel Z atau marker. Pulsa dari channel ini

menyediakan sebuah referensi yang menandakan per satu revolusi.

2.5 GTK+ (GIMP Toolkit)

GTK+ merupakan singkatan dari GIMP Toolkit, asal mulanya GTK+

didesain untuk raster graphics editor yang dikenal dengan sebutan GNU Image

Manipulation Program (GIMP). GTK+ dibuat pertama kali di tahun 1997 oleh

Peter Mattis, Spencer Kimball, dan Josh MacDonald. Dengan berlisensi Lesser

General Public License (LGPL), GTK+ telah memberikan keuntungan berupa

tidak perlunya membayar lisensi atau royalti dalam menggunakan GTK+ untuk

penggembangan software baik open software, free software maupun software

komersial. Dewasa ini, GTK telah digunakan dalam sejumlah besar proyek

software termasuk di dalamnya proyek GNU Network Object Model Environment

(GNOME), yang saat ini merupakan lingkungan desktop linux yang amat populer.

GTK+ adalah sebuah object-oriented application programming interface

(API) yang ditulis dalam bahasa pemrograman C. GTK+ diimplementasi dengan

konsep kelas-kelas dengan tujuan membuat suatu sistem yang luas yang dibangun

atas dirinya. GTK selain menyediakan elemen-elemen yang biasa digunakan

dalam membuat interface suatu program misalnya button, label, text box dan

window, juga menyediakan komponen-komponen yang lebih abstrak yang

digunakan untuk application layout.


Digital Pengukuran Kecepatan Literatur mantap gile

Documents

Transcript of Digital Pengukuran Kecepatan Literatur mantap gile